АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ЭЛЕКТРОНАСОСАМИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F24D19/10 

Изобретение относится к области водоснабжения и водоотведения городов и промышленных объектов и может быть использовано для измерения и учета расхода воды с целью регулирования системы водоснабжения и водоотведения.

Современные системы водоснабжения и водоотведения являются сложными инженерными сооружениями, которые характеризуются следующими тенденциями своего развития:

- увеличением мощности насосных установок для перекачки жидкости;

- повышение требований к качеству питьевой воды;

- использование насосных установок большой давности с изменением их рабочих характеристик;

- повышение надежности работающих установок;

- своевременное обнаружение возможных поломок насосных установок с недопущением развития аварии;

- повышение экономичности работы насосных установок путем своевременного определения падения КПД;

- своевременное определение повышения удельного расхода электроэнергии;

- своевременное определение повышения температуры в подшипниках и корпусе насоса, что предотвратит развитие аварии.

Все эти особенности развития современных систем водоснабжения и водоотведения усложняют режим их работы и требуют иного подхода к управлению ими.

Дальнейшая оптимизация работы систем водоснабжения и водоотведения связана с решением ряда крупных проблем, требующих новых научно-обоснованных технических, экономических и технологических решений. Важнейшей из этих проблем является внедрение в сетях автоматизированной информационной системы, служащей для получения и анализа в реальном масштабе времени, на диспетчерском пункте, основных показателей работы насосных станций с целью поддержания их работы в оптимальном режиме. Основным параметром, характеризующим работу насосной установки, является расход. Все известные устройства для измерения расхода содержат первичные датчики, которые непосредственно находятся в контакте с измеряемой жидкостью и требуют периодического осмотра и тарировки на стендах, что усложняет их эксплуатацию.

Известно устройство, включающее измерение массового расхода и плотности жидкости, состоящее из датчиков давления на входе-выходе насоса, датчик для измерения активной мощности, потребляемой приводным электродвигателем насоса, и устройство для вычисления измеряемого параметра расхода / Патент 2119148 РФ Способ измерения массового расхода и плотности жидкости, подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. от 20.11.97 / [1].

Однако в этом патенте не рассматривается автоматизированная информационная система для насосных станций водоканала.

Сущностью изобретения является оптимизация работы системы водоснабжения и водоотведения путем получения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций с целью поддержания их работы в оптимальном режиме.

Технический результат - упрощение процесса измерения и анализа в реальном масштабе времени параметров насосных установок и всей автоматизированной информационной системы.

Технический результат достигается тем, что известная автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций с центробежными электронасосами в системах водоснабжения и водоотведения, содержащая насосные станции с датчиками давления и датчиками мощности, дополнительно снабжена датчиками температуры, для измерения температуры подшипников и корпуса насоса и датчиком для измерения вибрации насосной установки, системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков и сообщений с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по измеряемым параметрам, используя которые вычисляется мощность, действующая на валу каждого насоса N, путем умножения мощности, потребляемой из сети Р_с на коэффициент полезного действия электродвигателя η_эд, вычисляется давление, создаваемое насосом р, путем вычитания из давления на выходе насоса р_вых давления на его входе р_вх, по паспортным данным вычисляется значение расходного коэффициента М₀ при нулевом расходе в начале рабочих характеристик, путем деления мощности N₀ на давление р₀, экспериментально определяется эксплуатационный коэффициент η_эк при работе насоса на закрытую задвижку, путем умножения результата деления мощности N_o на давление р_о, при работе насоса на закрытую задвижку, взятые из рабочих характеристик насоса, результат деления измеренного значения давления р_о1 на измеренное значение мощности на валу насоса N_o1, по эксплуатационному коэффициенту η_эк определяются отклонения мощности ±ΔN и давления ±Δр, от номинальных значений и во всем диапазоне паспортных характеристик, полученные отклонения по мощности и давлению добавляются к рабочим характеристикам насоса по мощности N±ΔN и давлению р±Δр, вычисляются во всем диапазоне по паспортным данным расчетный расходный коэффициент М_р, без коэффициента сходимости К, путем умножения результата деления мощности N±ΔN на значение давления р±Δр, на эксплуатационный коэффициент η_эк, минус значение расходного коэффициент М₀, строится график зависимости паспортного расходного коэффициента М от расчетного М_р расходного коэффициента М=f(M_p), в период измерения, по вычисленному значению М_р по характеристике

М=f(M_p) определяется действительный расходный коэффициент М, а по графику Q=f(М) определяется объемный расход Q, при определении расхода с использованием коэффициента сходимости К, который определяется во всем диапазоне характеристик, путем деления паспортного расходного коэффициента М на расчетный расходный коэффициент М_р, и стоятся графики К=f(М_р) или К=М/М_р, по найденному значению К вычисляется расходный коэффициент М по формуле, путем деления коэффициента сходимости К на расчетный расходный коэффициент М_р, по вычисленному значению расходного коэффициента по расходной характеристике Q=f(М) вычисляется объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q вычисляется при вычисленном значении расхода, действующий напор Н, а по нему плотность p перекачиваемой жидкости, путем деления действующего давления, создаваемого насосом на действующий расчетный напор Н и коэффициент g, вычисляется коэффициент полезного действия насоса путем умножения давления на результат деления расхода на мощность, удельный расход электроэнергии W_уд, путем деления плотности на коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя с соответствующими коэффициентами, по приборам измеряется температура на подшипниках насоса и температура корпуса насоса, а по датчику, измеряющему вибрацию, - амплитуду вибрации, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций.

В предлагаемой автоматизированной системе производится текущее измерение параметров насосных установок с передачей данных на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций, что позволяет своевременно принять меры по ликвидации возможных отклонений в работе насосных установок от заданных режимов, которые могут привести к авариям насосных агрегатов и нарушению работы всей автоматизированной информационной системы.

Автоматизированная информационная система обеспечивает непрерывный контроль и анализ каждой насосной установки путем измерения объемного и массового расхода перекачиваемой жидкости, давления, создаваемого насосом, потребляемой мощности, коэффициента полезного действия, удельного расхода электроэнергии, наработку на отказ, температуры подшипников у насосов, температуры корпуса насоса, уровня вибрации. Для этого система содержит: датчики давления на входе и выходе из насоса, статический преобразователь мощности в электрической сети, датчики температуры и датчики замера вибрации. Система снабжена системой передачи данных по всем контролируемым параметрам на диспетчерский пункт с ЭВМ, содержащей базу данных по всем контролируемым параметрам, с помощью которых вычисляются все необходимые данные.

На чертежах представлены:

Фиг.1 Общий вид насосной станции 2 НФС «Самараводоканал».

Фиг.2 Схема насосной станции 2 НФС «Самараводоканал».

Фиг.3 Рабочие характеристики сетевого насоса 18 НДС.

Фиг.4 Расходная характеристика Q-M насоса 18 НДС.

Фиг.5 Расходная характеристика М-Q насоса 18 НДС.

Фиг.6 Рабочие характеристики сетевого насоса 14 НДС.

Фиг.7 Расходная характеристика Q-M насоса 14 НДС.

Фиг.8 Расходная характеристика M-Q насоса 14 НДС.

Фиг.9 Характеристика зависимости паспортного расходного коэффициента М от расчетного М_р.

Фиг.10 Характеристика зависимости коэффициента сходимости К от расчетного расходного коэффициента М_р.

Фиг.11 Функциональная схема автоматизации одного насоса, где приняты следующие обозначения: ТТ - 1, 2, 3 - бесшкальные датчики температуры; К_т - контроллер датчиков температуры; рТ - 4, 5 - датчики давления; К_д - контроллер датчиков давления; ЕТ - 6 - статический преобразователь мощности; К_е - контроллер датчиков мощности; вТ - 7 - датчик вибрации; К_в - контроллер датчиков вибрации; ЭВМ ИП - ЭВМ информационного пункта в насосной; ЭВМ ДП - ЭВМ на центральном диспетчерском пункте.

Фиг.12 Экспериментальные графики по измерению расхода воды в течение двух суток, подаваемой насосами 14 НДС и 18 НДС на насосной станции 2 НФС «Самараводоканал» и расход по счетчику воды.

Фиг.13 Экспериментальные графики по измерению расхода воды в течение двух суток, подаваемой насосами 14 НДС и 18 НДС на насосной станции 2 НФС «Самараводоканал».

Современные системы водоснабжения и водоотведения состоят из насосных станций, источников воды, насосных установок, магистральных линий и потребителей. На насосной станции 2НФС1, общий вид которой показан на фиг.1, а в схеме на фиг.2, работает 6 насосных агрегатов с приводом от электродвигателей, параметры насосных установок даны в таблицах 1, 2.

Таблица 1 Паспортные данные насосов на насосной станции 2НФС1 Марка насоса Подача, м³/час Напор, м Число об/мин Мощность, кВт КПД, % D рабоч. колеса, мм № подшип 18НДС 2500 62 985 450 87 700 318 14НДС 2307 62 1450 420 88 510 312 18НДС 2500 62 985 450 87 700 319 14НДС 2307 62 1450 420 88 510 312 14НДС 2307 62 1450 420 88 510 312 14НДС 2307 62 1450 420 88 510 312

Таблица 2 Паспортные данные по электродвигателям насосов 2НФС1 Эл. двигатели Тип электродвигателя Мощность, кВт Число оборотов Об/мин Напряжение, В Рабоч. ток, А КПД, % Cosφ Асинхр. А4-4005-8У3 250 750 6000 36,7 93,5 0,88 Асинхр. А355Х-4 315 1585 6000 46,2 93 0,88 Асинхр. А4-4005-8У3 250 750 6000 36,7 93,5 0,88 Асинхр. А4-4005-8У3 315 750 6000 46,2 93 0,88 Асинхр. А4-4005-8У3 315 750 6000 46,2 93 0,88 Асинхр. А133-4М 250 1480 6000 36,7 93 0,88

На насосной станции применяются насосы двух типов 14 НДС и 18 НДС. Рабочие характеристики насосов показаны на фиг.3 и фиг.8. В этих характеристиках даны новые расходные характеристики в соответствии с патентом РФ №2119148. Расходная характеристика строится на базе паспортных характеристик данного насоса. В качестве приводных электродвигателей у насосов могут быть синхронные, у которых число оборотов не зависит от нагрузки, и асинхронные, у которых число оборотов зависит от нагрузки. При использовании синхронного электродвигателя паспортная характеристика насоса остается неизменной. Если же применяются асинхронные электродвигатели, то паспортную характеристику необходимо пересчитывать в соответствии с частотой вращения вала электродвигателя. В процессе эксплуатации параметры насосной установки могут принимать значения, отличные от паспортных, в этих случаях рабочие характеристики необходимо пересчитать. Поэтому в дальнейшем будем пользоваться такими понятиями, как паспортная и базовая характеристика. Под базовой будем понимать характеристику, полученную экспериментально или пересчитанную паспортную с учетом действующих параметров насоса, влияющих на характеристику, например изменение частоты вращения, диаметра рабочих колес. В зависимости от нагрузки электродвигателя привода насоса. Так, пересчет характеристики насоса при приводе от асинхронного электродвигателя производится по формулам приведения:

для расхода: Q₁/Q₀=(n₁/n₀) или Q₁=Q₀(n₁/n₀);

для напора: или

для мощности: или

где Q₁, H₁, N₁, n₁ - текущие значения расхода, напора, мощности, частоты вращения вала насоса, a Q₀, Н₀, N₀, n₀ - соответственно их паспортные значения.

Построение новой характеристики делается следующим образом. При приводе от синхронного электродвигателя все первичные данные берутся из паспортной характеристики. При приводе от асинхронного электродвигателя вначале паспортные характеристики пересчитываются по формулам приведения, рассмотренным выше. Вначале строится по данным напора Н характеристика по давлению p-Q. Для этого по известной плотности жидкости р, по которой строились паспортные характеристики, вычисляется и строится по всему диапазону характеристика p-Q по давлению с расчетом по формуле р=ρgH, Па, р=ρgH10^-6, МПа, где Н, м - напор, g=9,81 м/с² или р=ρgH10^-5/102, кГ/см².

Затем вычисляются по базовой характеристике расходный коэффициент M₀ постоянной составляющей расходной характеристики насоса путем деления мощности N₀ на валу насоса на давление р₀, создаваемое насосом, при работе насоса на закрытую задвижку на его выходе

M₀=N_o/p_o, кВт/(кГ/см²),

расходный коэффициент М вычисляется по формуле и включается в общие рабочие характеристики насоса.

М=((N/p)η_эк-(N_o/p_o))К, кВт/(кГ/см²),

где η_эк - эксплуатационный коэффициент, характеризующий отклонение действующей рабочей характеристики насоса от паспортного значения, К - коэффициент сходимости расчетной характеристики насоса с паспортной.

Если паспортная характеристика не изменилась, то коэффициенты К и η_эк принимаются равными единице. Затем по расходной характеристике Q-М при вычисленном расходном коэффициенте М определяется объемный расход Q₀.

На фиг.3 даны рабочие характеристики насоса 18 НДС. Основными характеристиками насоса являются зависимость мощности N-Q, напора Н-Q и коэффициент полезного действия насоса η_у - Q от производительности Q насоса. К этим характеристикам добавляется новая расходная характеристика М-Q. Расходная характеристика может быть построена в функции Q-М (фиг.4) или в функции M-Q (фиг.5). Для математического описания расхода используется зависимость Q-М. На фиг.6, 7, 8 даны аналогичные характеристики насоса 14 НДС.

Для получения необходимой информации по управлению системой водоснабжения и водоотведения имеются информационные пункты (фиг.11), которые через сети связи соединены с центральным информационным пунктом, на котором находятся ЭВМ с базой данных. При этом для получения нужной информации необходимо иметь данные по каждому насосному агрегату - расход Q, давление р, мощность N, КПД насосов, удельный расход электроэнергии W_уд, наработка на отказ и уровень вибрации насосного оборудования. Из этих данных важнейшим параметром является расход Q каждого насосного агрегата. В рассматриваемой системе подача измеряется непосредственно работающей установкой. Система снабжена системой передачи данных, по всем контролируемым параметрам, на диспетчерский пункт с ЭВМ, который содержит необходимую базу данных по всем контролируемым параметрам. С помощью ЭВМ вычисляется: мощность путем умножения измеренной мощности Р_с на коэффициент полезного действия электродвигателя η_эд, давление р, создаваемое насосом, путем вычитания из давления на выходе насоса р_вых давления на его входе р_вх измеряется вибрация и температура подшипников и корпуса насоса, по паспортной характеристике вычисляется расходный коэффициент М₀, путем деления действующей на валу насоса мощности N₀ на давление р₀ в начале рабочей характеристики при нулевом расходе, по экспериментальным данным при работе насоса на закрытую задвижку в период его пуска определяется эксплуатационный коэффициент η_эк, путем умножения результата деления мощности N_o на р_о, при работе насоса на закрытую задвижку, взятые из рабочих характеристик насоса, результат деления измеренного значения давления p_o1 на значение мощности на валу насоса N_o1, вычисляют расходный коэффициент М путем умножения результата деления действующего значения мощности на валу насоса на развиваемое им давление, на эксплуатационный коэффициент η_эк, минус результат деления мощности, действующей на валу насоса N_o, на создаваемое им давление р_о, при закрытой задвижке на выходе насоса и умножают результат вычитания на коэффициент сходимости К, который предварительно вычисляют по рабочим характеристикам насосной установки, для чего по вычисленному значению эксплуатационного коэффициента η_эк определяют отклонения от номинальных значений мощности ±ΔN, действующей на валу насоса при его работе на закрытую задвижку с нулевым расходом и развиваемого им давления ±Δр, и добавляют их в паспортной характеристике к значениям мощности N±ΔN, давления, развиваемого насосом р±Δр, во всем диапазоне характеристики насоса вычисляют расчетные расходные коэффициенты M_p при коэффициентах сходимости К, равных единице, по формуле:

М=((N/p)η_эк-(N_o/р_о))К, кВт/(кГ/см²),

вычисляют коэффициент сходимости К путем деления паспортного значения расходного коэффициента М, с учетом данного эксплуатационного коэффициента η_эк, на вычисленный расчетный расходный коэффициент М_р, строят график зависимости М от М_р, вычисляют коэффициенты сходимости К, путем деления паспортных расходных коэффициентов М на расчетные расходные коэффициенты М_р и строят характеристику К-М_р зависимости коэффициента сходимости К от расчетного эксплуатационного коэффициента М_р, вычисляют текущий расходный коэффициент М, путем умножения текущего расходного коэффициента М_р на коэффициент сходимости К, или по характеристике М_р-М, при известном текущем расходном коэффициенте М_р находят значение расходного коэффициента М, а по нему, используя характеристику Q-М, вычисляют значение объемного расхода Q_o, по напорной характеристике H-Q вычисляют при вычисленном значении расхода действующий напор H, а по нему плотность р перекачиваемой жидкости, удельный расход электроэнергии W_уд, расчет ведут по формулам:

мощность N, действующая на валу насоса

N=P_cη_эд, кВт;

давление, создаваемое насосом р

р=р_вых-р_вх, кГ/см²;

расходный коэффициент М₀ постоянной составляющей расходной характеристики насоса

М₀=N₀/р₀, кВт/(кГ/см²)

эксплуатационный коэффициент η_эк

η_эк=(N₀/p₀).(p₀₁/N₀₁)

действующий расходный коэффициент М равен

М=((N/р)η_эк-N₀/p₀)К, кВт/(кГ/см²),

где N_o, р_о, N_o1, р_о1, N, р - соответственно паспортные значения мощности N₀ и давления р₀ при работе насоса на закрытую задвижку, при экспериментальном измерении параметров насоса на закрытую задвижку N₀₁, р₀₁ и мощность и давление при текущей работе насоса N, p.

Расходные коэффициенты М_р при известных эксплуатационных коэффициентах η_эк и К вычисляются из уравнений с паспортными значениями соответствующих коэффициентов

М_р=((N±ΔN/(р±Δр))η_эк-N₀/р₀) кВт/МПа

при этом коэффициент сходимости К равен

К=М_п/(((N_п±ΔN)/(р_п±Δp))η_эк-N_o/p_o,

где К, М_р, р и N берутся во всем диапазоне паспортных характеристик, по вычисленным значениям К и М_р строится характеристика К-М_р (фиг.10), текущее значение расходного коэффициента М_р с учетом коэффициента сходимости К вычисляют по уравнению или по характеристике К-M_p

M=((N/p)η_эк-N₀/p₀))К, кВт/(кГ/см²),

по вычисленному значению расходного коэффициента М_р по расходной характеристике M-Q вычисляется объемный расход Q_o:

Q_o=Q_мин+(М_р-М_мин)(Q_макс-Q_мин)/(М_макс-М_мин), объем/время;

или по полиноминальному уравнению графической зависимости Q от М, например, для расходной характеристики, показанной на фиг.4 для насоса 18 НДС или на (фиг.7) для насоса 14 НДС.

, м³/час (18 НДС),

, м³/час (14 НДС);

плотность перекачиваемой жидкости ρ_р

, кг/м³

где р - давление, развиваемое насосом, МПа;

Н_р - расчетный напор, м.

Определяется КПД каждого насоса по формуле

, %

удельного расхода электроэнергии

, кВт·ч/100 т.м,

уровень вибрации насосной установки

Расход насоса будет равен:

, м³/ч.

При известной мощности на валу насоса N_н расход Q равен

, м³/ч

где Q - расход, м³/ч; P_c - мощность, потребляемая электродвигателем из сети, кВт; N_н - мощность на валу насоса, кВт;

р - давление, развиваемое насосом, МПа;

η_н - коэффициент полезного действия насоса, %;

η_эл.дв - коэффициент полезного действия электродвигателя, %.

Система снабжена системой передачи данных, по всем контролируемым параметрам, на диспетчерский пункт с ЭВМ, содержащей базу данных по всем контролируемым параметрам, с помощью которых производится вычисление всех необходимых данных.

Пример расчета параметров насосной установки

Исходные данные, полученные в период измерения на насосной установке 18 НДС с приводом от асинхронного электродвигателя при работе на воде с р=998 кг/м³:

Пересчитанные рабочие характеристики насоса №6 18 НДС на насосной станции 2НФС

При расчете используем таблицу 3 и графики, данные на фиг.3, 4, 5

Таблица 3 Рабочие характеристики насоса 18НДС Q Н N ηн р М м³/час М кВт % кГ/см² кВт/(кГ/см²) 0 41,63 78,96 0 4,155 0,01 302,9 41,23 105,1 30 4,115 6,54 602,14 40,16 127,7 50 4,08 12,3 900,4 39,5 145 67 3,94 17,8 1193,1 37,77 157,27 78 3,77 22,71 1487,8 37,07 170 85 3,7 26,94 1773,6 33,86 181,33 90 3,38 34,65 2066,8 31,06 184,6 91 3,1 40,55 2356,1 23,1 188 84 2,724 50,0 2500,1 24,6 194 82 2,45 61,18

Расходная характеристика

Q=0.0001 М⁴-0.0258 М³+1.1267 М²+39.012 М+0.5779

Определяем по базовым данным значение расходного коэффициента М₀ постоянной составляющей расходной характеристики насоса при работе насоса на закрытую задвижку

М₀=78,96/4,155=19 кВт/(кГ/см²)

Определяем эксплуатационный коэффициент при работе насоса во время пуска на закрытую задвижку на его выходе

Данные при эксперименте

Мощность N₀₁=78,96 кВт

Давление р₀₁=4,155 кГ/см²

Расходный коэффициент М равен

M=((N/p)η_эк-N₀/p₀)К, кВт/(кГ/см²)

Эксплуатационный коэффициент η_эк равен

η_эк=(N₀/p₀).(p₀₁/N₀₁)

Параметры при рабочем режиме:

давление на выходе насоса р_вых - 2,824 кГ/см² давление на входе в насос р_вх - 0,1 кГ/см² мощность, измеренная прибором Р - 201.07 кВт КПД электродвигателя η_эд - 93,5% температура подшипников Т_п - 80°С температура корпуса насоса Т_к - 60°С

Расчет

Мощность на валу электродвигателя N_эд=201,07·0,935=188 кВт

Мощность на валу насоса N_н=188 кВт

Давление, создаваемое насосом р_вых-р_вх=2,824-0,1=2,724 кГ/см²

Расходный коэффициент М равен

M=(N/p)η_эк-N₀/p₀)К=((188/2,724)1-19)1=50,0 кВт/(кГ/см²)

Расход Q при η_эк=1 и К=1 будет равен

Q=0.0001 М⁴-0.0258 М³+1.1267 М²+39.012 М+0.5779

Q=0.0001 50⁴-0.0258 50³+1.1267 50²+39,012 50+0.5779=2368 м³/час

Данные по таблице Q=2356,1 м³/час

Разница в расчете составляет 0,5%.

Если эксплуатационный коэффициент не равен единице

η_эк≠1, то определяем отклонение мощности и давления от паспортных значений и вычисляем расходный коэффициент М_р и коэффициент сходимости К по всему диапазону характеристик.

Расчет по насосу 14 НДС для одного расхода

При расчете используем таблицу 4 и графики, показанные на фиг.6, 7, 8, 9, 10

Таблица 4 Пересчитанные рабочие характеристики насоса 14 НДС Рабочие пересчитанные характеристики насоса 14 НДС 1 М₀=N₀/p₀=145,77/9,05=16,107 Q м³/сут Н м N кВт р кГ/см² КПД % М кВт/(кГ/см²) 0 91,06 145,77 9,05 0 0 226,84 91,06 176,69 9,05 30 3,41 453,3 91,06 213,21 9,05 54 7,45 679 91,06 237,84 9,05 65 10,17 905 87,06 268,55 8,61 76,5 15,08 1130 85,79 296 8,56 83,5 18,47 1354,73 81,73 325,92 8,15 89 23,88 1578,93 75,52 350,11 7,54 88,5 30,32 1800,8 71,4 384,5 7,12 87 37,9 2023,86 66,07 416,22 6,59 82 47,05 2135,9 59,27 421,77 5,9 80 55,38

Определение параметров насоса №6 14 НДС на насосной, 2НФС при пуске насоса на закрытую задвижку

Экспериментальные данные:

электрический ток I₀₁ - 17,5 А давление на входе насоса р_{вх o1} - 0 давление на выходе насоса р_{вых 01} - 6 кг/см² напряжение сети U₀₁ - 6 кВ Cosφ электродвигателя Cosφ₀₁ - 0,9 КПД электродвигателя η_эд01 - 0,92

Базовые значения при пуске насоса на закрытую задвижку

мощность N₀ - 145,77 кВт давление, создаваемое насосом p₀ - 9,05 кГ/см²

Вычисляем эксплуатационный коэффициент η_эк

η_эк=(N₀/р₀)(p₀₁/N₀₁)

p₀₁=р_{вых 01}-р_{вх o1}=6-0=6 кГ/см²

N₀₁=√3U₀₁I₀₁Cosφ₀₁η_{эд 01}

N₀₁=1,73 6 17,5 0,9 0,92=150,4 кВт

η_эк=(145,77/9,05)(6/150,4)=0,643

Отклонения от паспортных значений:

мощности ΔN=150,4-145,77=4,63 кВт,

давления Δp=6-9,05=-3,05 кГ/см²

Вычисляем коэффициент сходимости К

Берем из таблицы базовое значение расхода, равное

Q=2135,9 м³/час, при этом М=55,38, р=5,9 кГ/см², N=421,77 кВт.

Тогда К равно

K=M/(((N+ΔN/(p-Δр))η_эк-N₀/p₀)

К=55,38/(((421,77+4,63)/(5,9-3,05))0,643-16,107)=0,69

Вычисляем расходный коэффициент М по имеющимся данным по N и p.

N=384,5 кВт, р=7,12 кГ/см²,

М=(((N/p)+4,63))/(р-3,05))·0,643-16,107)К

М=(((384,5+4,63)/(7,12-3,05))·0,643-16,107)0,69=39,2 кВт/кГ/см²

Расход вычисляется по формуле:

Q=9Е-05 М⁴-0,0076 М³-0,4059 М²+69,522 М-6,27

Q=9Е-05·39,2⁴-0,0076·39,2³-0,4059·39,2²+69,522·39,2=1849,73 м³/час

Разница 1849,73-1800,8=48,93 м³/час или 2,7%

Проведем вычисление для насоса 14 НДС во всем диапазоне характеристик, используя таблицу 5.

Таблица 5 Параметры насоса 14 НДС Q м³/час N, кВт p, кГ/см² М, кВт/кГ/см² N, кВт ±ΔN=N_p+ΔN=4,63 р, кГ/см²±Δр=р_р Δр=-3,05 М_р=(N_p/p_p)×η_эк-(N₀/p₀) η_эк=0,643 N₀/p₀=16,107 Коэф. сход. К М=К Мр 0 145,77 9,05 0 145,77+4,63 9,05-3,05 0 1 0 226,4 176,89 9,05 3,41 176,89+4,63 9,05-3,05 3,35 1,0179 3,47 453,3 213,21 9,05 7,45 213,21+4,63 9,05-3,05 6,74 1,105 7,45 679 237,84 9,05 10,17 237,84+4,63 9,05-3,05 9,878 1,0295 10,17 905 268,55 8,61 15,08 268,25+4,63 8,61-3,05 15,45 0,976 15,08 1130 296 8,56 18,47 296+4,63 8,56-3,05 18,976 0,973 18,47 1354,73 325,92 8,15 23,88 325,92+4,63 8,15-3,05 25,568 0,934 23,88 1578,93 350,11 7,54 30,32 350,11+4,63 7,54-3,05 34,694 0,874 30,32 1800,8 384,5 7,12 37,9 384,5+4,63 7,12-3,05 45,37 0,835 37,9 2023,86 416,22 6,59 47,05 416,22+4,63 6,59-3,05 60,33 0,78 47,05 2135,9 431,77 5,9 55,38 421,77+4,63 5,9-3,05 80,09 0,69 55,38

Последовательность вычисления. Насос 14НДС

Вычисление параметров насоса можно делать двумя методами

Вычисляем по паспортным данным значение расходного коэффициента М₀ при нулевом расходе в начале рабочих характеристик

М₀=N₀/р₀=145,77/9,05=16,107 кВт/(кГ/см²)

Вычисляем эксплуатационный коэффициент η_эк

η_эк=(N_o/р_о)(р_о1/N₀₁)=16,107·6/150,4=0,643,

где N₀, р₀, N₀₁, р₀₁ - соответственно мощность и давление, взятые из паспортной характеристики насоса, и мощность и давление, полученные при работе насоса на закрытую задвижку.

Определяем отклонение мощности и давления от номинальных значений во всем диапазоне характеристик

ΔN=N₀-N₀₁ кВт, Δр=р₀-p₀₁, кГ/см²

Полученные отклонения по мощности и давлению добавляем во всем диапазоне к рабочим характеристикам насоса.

Вычисляем во всем диапазоне по паспортным данным расчетный расходный коэффициент М_р, при коэффициенте сходимости К=1, по формуле

М_р=((N±ΔN/(р±Δp))η_эк-N₀/p₀),

и по вычисленному М_р и паспортному значению М вычисляем коэффициент сходимости К=M/М_р

Строим графики зависимости паспортного расходного коэффициента М от расчетного расходного коэффициента М=f(М_р) и К=f(M_p) или вычисляем по формуле К=М/М_р

В процессе измерения вычисляется расчетный расходный коэффициент М_р по формуле

М_р=(N/р)η_эк-N₀/р₀), и по вычисленному значению М_р

по характеристике М=f(M_p) (фиг.9), или по формуле

М=(N/p)η_эк-N₀/р₀)К

По действительному расходному коэффициенту М, по графику Q=f (М) (фиг.7) определяется объемный расход Q₀ м³/час.

Ниже приводятся расчетные формулы для вычисления необходимых величин, полученные по выше перечисленным графикам.

Расчетные формулы:

Q=9Е-05 М⁴-0,0076 М³-0,4059 М²+69,522 М-6,27 м³/час

M=((N/p)η_эк-16,107)К

М_р=(((N±ΔN)/(р±Δр))η_эк-16,107)К, где К=1

η_эк=(N₀/p₀).(p₀₁/N₀₁)

N₀-N₀₁=±ΔN, р_о-р_о1=±Δp

K=55,38/((N+ΔN/(p-Δp))η_эк-16.107

К=55,38/((421.77+ΔN)/(5,9-Δp))η_эк-16,107

Коэффициент сходимости в пределе рабочего диапазона работы насоса меняется незначительно и составляет 1,5%. Разница в К зависит и от точности пересчета паспортной характеристики насоса.

Функциональная схема автоматизации одного насоса дана на фиг.11.

На фиг.12 показаны экспериментальные графики по измерению расхода воды в течение двух суток, подаваемой насосами 14НДС и 18 НДС на насосной станции 2НФС «Самараводоканал» с дополнительным измерением по имеющемуся счетчику расхода воды.

На фиг.13 показаны экспериментальные графики по измерению расхода воды в течение двух суток, подаваемой насосами 14 НДС и 18 НДС на насосной станции 2 НФС «Самараводоканал».

На этих характеристиках имеются обозначения: 1 - характеристики одного работающего насоса 18 НДС; 2 и 3 - характеристики двух параллельно работающих насосов 14 НДС и 18 НДС; 4 - суммарный расход при работе двух насосов 14 НДС и 18 НДС; 5 - характеристика расхода ультразвукового расходомера.

Рассматриваемая автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций с центробежными электронасосами в системах водоснабжения и водоотведения ведет непрерывный анализ работы насосного оборудования на насосных станциях. Эти данные несут информацию о расходе, давлении, мощности температуре, КПД, удельном расходе электроэнергии, наработке на отказ, которые в виде графиков и таблиц даются для анализа и принятия решения по поддержанию оптимальных режимов работы насосной станции. В настоящее время эта система работает на одной насосной станции «Самараводоканал». Планируется внедрение этой системы на всех насосных станциях, которые подключены к центральному диспетчерскому пункту.

Источники информации

1. Патент 2119148 РФ. Способ измерения массового расхода и плотности жидкости, подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О., Громан А.О., Кричке В.В. от 20.11.97.

Изобретение относится к области водоснабжения и водоотведения городов, сельской местности и промышленных объектов и может быть использовано для измерения и учета расхода воды с целью регулирования системы водоснабжения и водоотведения. Автоматизированная информационная система обеспечивает непрерывный контроль и анализ каждой насосной установки: объемного и массового расхода перекачиваемой жидкости, давления, создаваемого насосом, потребляемой мощности, коэффициента полезного действия насоса, удельного расхода электроэнергии, наработки на отказ, температуры на подшипниках насоса, температуры корпуса насоса, уровня вибрации. Для этого система содержит: датчики давления на входе и выходе из насоса, статический преобразователь мощности, датчики температуры и датчик замера вибрации и паспортные характеристики насоса вместе с новой расходной характеристикой Q=f(M). Система снабжена системой передачи данных по всем контролируемым параметрам на диспетчерский пункт с ЭВМ, содержащей базу данных по всем измеряемым параметрам, полученная информация по системе передачи данных передается на диспетчерский пункт для анализа и хранения. 13 ил., 5 табл.

Автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций с центробежными электронасосами в системах водоснабжения и водоотведения, содержащая насосные станции с датчиками давления и датчиками мощности, отличающаяся тем, что она дополнительно к датчикам давления и датчикам мощности снабжена датчиками температуры, для измерения температуры подшипников и корпуса насоса и датчиком для измерения вибрации насосной установки, системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков и сообщений с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по измеряемым параметрам, используя которые вычисляется с учетом привода насоса от синхронного иди асинхронного электродвигателя мощность, действующая на валу каждого насоса N, путем умножения мощности, потребляемой из сети Р_с на коэффициент полезного действия электродвигателя η_эд, вычисляется давление, создаваемое насосом р, путем вычитания из давления на выходе насоса р_вых, давления на его входе р_вх, по паспортным данным вычисляется значение расходного коэффициента М₀ при нулевом расходе в начале рабочих характеристик, путем деления мощности N₀ на давление р₀, экспериментально определяется эксплуатационный коэффициент η_эк при работе насоса на закрытую задвижку, путем умножения результата деления мощности N_o на давление р_о, при работе насоса на закрытую задвижку, взятые из рабочих характеристик насоса, результат деления измеренного значения давления p_o1 на измеренное значение мощности на валу насоса N_o1, по эксплуатационному коэффициенту η_эк определяются отклонения мощности ±ΔN и давления ±Δр, от номинальных значений и во всем диапазоне паспортных характеристик, полученные отклонения по мощности и давлению добавляются к рабочим характеристикам насоса по мощности N±ΔN и давлению р±Δр, вычисляются во всем диапазоне по паспортным данным расчетный расходный коэффициент М_р, без коэффициента сходимости К, путем умножения результата деления мощности N±ΔN на значение давления р±Δр, на эксплуатационный коэффициент η_эк, минус значение расходного коэффициент М₀, строится график зависимости паспортного расходного коэффициента М от расчетного М_р расходного коэффициента M=f(M_p), в период измерения, по вычисленному значению М_р по характеристике M=f(M_p), определяется действительный расходный коэффициент М, а по графику Q=f(M), определяется объемный расход 0, при определении расхода с использованием коэффициента сходимости К, который определяется во всем диапазоне характеристик, путем деления паспортного расходного коэффициента М на расчетный расходный коэффициент М_р, и строятся графики K=f(M_p) или К=М/Мр, по найденному значению К вычисляется расходный коэффициент М по формуле, путем деления коэффициента сходимости К на расчетный расходный коэффициент М_р, по вычисленному значению расходного коэффициента по расходной характеристике Q=f(M) вычисляется объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q вычисляется при вычисленном значение расхода, действующий напор Н, а по нему плотность р перекачиваемой жидкости путем деления действующего давления создаваемого насосом на действующий расчетный напор Н и коэффициент g вычисляется коэффициент полезного действия насоса путем умножения давления на результат деления расхода на мощность, удельный расход электроэнергии W_уд, путем деления плотности на коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя с соответствующими коэффициентами, по приборам измеряется температура на подшипниках насоса и температура корпуса насоса, а по датчику измеряющему вибрацию - амплитуду вибрации, вычисленные данные по системе передачи, поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций.